【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合材料制备，具体涉及一种c/sic螺栓的加工制备方法及工艺。
技术介绍
1、二十世纪七十年代中期以前，航天用标准螺栓采用的是铁基合金(h-11合金)，耐蚀性差。到了八十年代初期，出现了铁基高温合金(a-286)，镍基高温合金(inconel 718、mp35n和mp159)。这些合金具有高的耐蚀性、低温韧性、疲劳强度、热稳定性、抗氢脆能力和应力腐蚀开裂抗力，但是它们的最高使用温度为600℃，远远不能满足航天飞行器热防护系统结构件1650℃超高温氧化环境的使用要求。目前大多使用的螺栓材料是ni基合金，如pm1000ni基合金，这种螺栓的使用温度在1100℃左右。与普通螺栓相比，它具有高的使用温度，螺栓的圆锥形轴衬得设计，有利于补偿金属和陶瓷间的热膨胀失配。但是，由于c/sic材料的使用温度一般在1600℃以上，因此这种金属材料制备的螺栓仍不能满足复合材料的高温要求。第二，在高温、高化学腐蚀条件下，金属容易和c/sic发生电化学腐蚀。第三，由于金属和c/sic材料的热膨胀不匹配，在高温环境下，会由于金属螺栓的热膨胀而导致被连接件的破坏。最后，由于金属的密度比较大，不能满足航天飞行器质量轻的要求。因此还应该研究采用新的材料制备满足航天飞行器使用要求的螺栓。
2、由于陶瓷材料的使用温度高，可以达到1600℃，且热膨胀性与c/sic材料相近，因此可以考虑采用陶瓷材料制备高温螺栓。目前可以采用一些高温金属氧化物如al2o3、zro2等，通过压铸成型的方法，制备高温螺栓，但其拉伸强度只有29-54mpa，而且陶瓷材
3、金属螺栓连接强度高，但是金属热膨胀系数大，而且使用温度低。虽然陶瓷材料螺栓能够解决金属螺栓热膨胀和c/sic材料不匹配及使用温度低的缺点，但是由于陶瓷材料比较脆，承载能力比较差，基本不能用于高温连接。c/c复合材料螺栓螺母可以克服陶瓷材料易碎的缺点，但是高温氧化能力差。考虑以上材料的不足，研究人员需要采用新材料解决以上的问题。c/sic复合材料是一种新型的战略性热结构材料，这种材料的比强度、比模量和断裂韧性高，密度小，且具有很好的热稳定性、抗烧蚀性和可设计性，可以很好地适应航天技术对超高温构件的使用要求。别是c/sic复合材料可以满足2000℃有限寿命的使用要求41-42，克服了以上螺栓螺母的缺点。
4、在公开号为cn101265935的专利技术创造中公开了一种陶瓷基复合材料螺栓的制备方法。该专利技术创造中采用化学气相沉积法(以下简称cvi)结合先驱体浸渗法(以下简称pip)工艺制备2d c/sic复合材料螺栓的方法，该方法先用碳纤维进行0/90°正铺和±45°斜铺成碳纤维预制体，然后在预制体上沉积热解碳，再用热梯度cvi工艺在纤维预制体上沉积sic，形成半成品复合材料，然后用金刚石磨轮攻丝，再用pip法对半成品螺栓多次浸渗裂解聚碳硅烷，最后用cvi法在半成品螺栓上沉积sic防氧化涂层，得到成品复合材料螺栓。该方法制备的2d c/sic复合材料螺栓的室温拉伸断裂强度约为210～230mp，室温剪切强度约为70～80mp。由于该方法采用的二维碳布价格高(约45-70元左右每平方米)，难以工业化批量生产。同时，pip法制备c/sic复合材料时不但制备周期长，且反复高温处理易损伤纤维影响复合材料的性能，此外聚合物成本较高，导致生产成本较高，并最终影响pip工艺的工业化应用。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种c/sic螺栓的加工制备方法，在原有制备方法上提高了螺栓的剪切强度，降低制备成本，并实现c/sic复合材料螺栓工业化批量生产。
2、为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：
3、一种c/sic螺栓的加工制备方法，包括以下步骤：
4、s1、制备板材预制体；在模具内部将单层0°无纬布、胎网、90°无纬布和胎网依次循环叠加，直至铺层到设计厚度，然后采用接力式针刺的方法在垂直于铺层方向引入聚丙烯腈基预氧丝纤维，制成制板材预制体；
5、s2、将板材预制体碳化；采用化学气相渗积法将碳化后的板材预制体致密化，得到c/c复合材料；
6、s3、制备复合材料坯体；将c/c复合材料在惰性气氛中进行热处理，得到c/c复合材料坯体，通过沉积炉在沉积有热解碳界面层的板状三维针刺碳毡上沉积碳化硅基体；将c/c-sic复合材料胚体利用化学气相渗积法或先驱体浸渍裂解法进行处理；其中，化学气相渗积法的先驱体为三氯甲基硅烷，先驱体浸渍裂解法的先驱体溶液为聚碳硅烷与二乙烯基苯的混合溶液；
7、s4、加工产品毛坯；在复合材料板材上分别通过切割的方式加工出螺栓杆；
8、s5、沉积碳化硅基体；通过沉积炉在螺栓杆毛坯上沉积碳化硅基体；
9、s6、制作半成品；对螺栓杆毛坯和螺栓帽毛坯攻丝；
10、s7、沉积碳化硅防氧化涂层；利用cvi法对得到的半成品螺栓沉积碳化硅防氧化涂层。
11、优选地，所述s2中，工艺条件为，以丙烷、天然气和丙烯中的一种或几种为碳源气体，氮气和/或氢气为稀释气体，渗积温度为750～1000℃，渗积压力为1000～5000pa，渗积时间为50～70h；其中，碳源气体和稀释气体的体积比为1:(1～3)。
12、优选地，所述s3中，热处理的处理温度为1200～2000℃，处理时间1～4h，惰性气氛为氩气和/或氮气；热处理是为了提高复合材料的石墨化程度。
13、优选地，所述s5中，在真空条件下，将c/c复合材料坯体置于粒径为60～100目的硅粉中，然后进过1200～1500℃保温1.5～2h，再经过1750～2050℃保温0.5h～1h。
14、优选地，所述s7中，利用cvi法对得到的半成品螺栓沉积碳化硅防氧化涂层，其中沉积温度为600～700℃，气体为三氯甲基硅烷，沉积时间为70～100h，得到c/sic复合材料螺栓成品。
15、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
16、(1)、本专利技术中用聚丙烯腈基预氧丝纤维作为碳陶双基复合材料螺栓的增强体，提供了一种可批量生产的制造技术。预氧丝纤维相对碳纤维价格非常低廉，制备预制体时大大降低了制备成本；预氧丝纤维断裂延伸率高，柔韧性好，适合针刺，而碳纤维为脆性材料，且表面为沟槽结构，针刺时纤维受到的阻力大，易从勾刺上脱落或断裂滑出，因此预氧丝预制体较碳纤维预制体表面平整，z向纤维的引入数量和长度高，所制备得到的碳陶双基复合材料z向导热系数高，层间结合力强。
17、(2)、本专利技术中采用化学气相渗积法(cvi)或先驱体浸渍裂解法(pip)对熔融渗硅后的c/c-sic复合材料进行填封裂纹处理，处理后的c/c-si复合材料几乎不含裂纹，提高了其力学性能；而且pip法处理所产生的多余c还可以与熔融渗硅处理后材料中残余的si进行反应生成sic，降低了复合材料中si的残余量，提高了复合材料的抗蠕本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种C/SiC螺栓的加工制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的C/SiC螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述S2中，工艺条件为，以丙烷、天然气和丙烯中的一种或几种为碳源气体，氮气和/或氢气为稀释气体，渗积温度为750～1000℃，渗积压力为1000～5000Pa，渗积时间为50～70h；其中，碳源气体和稀释气体的体积比为1:(1～3)。
3.根据权利要求1所述的C/SiC螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述S3中，热处理的处理温度为1200～2000℃，处理时间1～4h，惰性气氛为氩气和/或氮气；热处理是为了提高复合材料的石墨化程度。
4.根据权利要求1所述的C/SiC螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述S5中，在真空条件下，将C/C复合材料坯体置于粒径为60～100目的硅粉中，然后进过1200～1500℃保温1.5～2h，再经过1750～2050℃保温0.5h～1h。
5.根据权利要求1所述的C/SiC螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述S7中，利用CVI法对得到的半成品螺栓沉积碳化硅防氧化涂层，其中沉
...【技术特征摘要】
1.一种c/sic螺栓的加工制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的c/sic螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述s2中，工艺条件为，以丙烷、天然气和丙烯中的一种或几种为碳源气体，氮气和/或氢气为稀释气体，渗积温度为750～1000℃，渗积压力为1000～5000pa，渗积时间为50～70h；其中，碳源气体和稀释气体的体积比为1:(1～3)。
3.根据权利要求1所述的c/sic螺栓的加工制备方法，其特征在于，所述s3中，热处理的处理温度为1200～2000℃，处理时间1～4h，惰性气氛为氩气和/或氮...
【专利技术属性】
技术研发人员：李旭勤，赵远利，蒋欣茹，马勍，陈桂锭，黄瑞材，宋青芸，刘江妤，宋明鑫，吕民宇，
申请(专利权)人：成都工业学院，
类型：发明
国别省市：
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